JP2010534908A - Street lighting equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光ダイオード(LED)を使用する照明装置に関し、特に道路および自転車道のような公共の空間を照明するために使用されるLED照明装置に関する。 The present invention relates to lighting devices that use light emitting diodes (LEDs), and more particularly to LED lighting devices used to illuminate public spaces such as roads and bicycle paths.
街路照明用の反射器ユニットは眩さによる視覚の妨害を最小にして照明されるべき領域にわたって可能な限り均一に光を分散するように設計されている。光学的設計は支柱の高さ、光の均一性、照明範囲、光の眩さの角度との最適なバランスを満たさなければならない。 Street lighting reflector units are designed to distribute light as uniformly as possible over the area to be illuminated with minimal visual disturbance due to glare. The optical design must meet the optimal balance of post height, light uniformity, illumination range, and light glare angle.
眩さは非常に明るい光の存在における観察の困難として定義されている。眩さは明るい光が斜めに照らすときよりも、観察者の顔面へ正面に照らすときに強力である。街灯では、光に接近する観察者により知覚される前方角度はしきい値のインクリメント(Ti)として知られている。この角度は通常、光が水平軸と少なくとも20゜の角度で照らすように設計者により特定されている。照明装置の囲いを使用するカットオフの1形態はこれを実現するために使用されることができる。それにもかかわらず、灯の透明なカバーを通る光の反射および屈折は依然として眩さを生じ、上方向の光である「光汚染」の原因でもある。眩さの減少が実際に得られる程度はこれらの尺度の有効性に大きく依存する。 Dazzle is defined as the difficulty of observation in the presence of very bright light. Dazzle is more powerful when illuminating the viewer's face in front than when bright light illuminates diagonally. In streetlights, the forward angle perceived by an observer approaching the light is known as the threshold increment (Ti). This angle is usually specified by the designer so that the light shines at an angle of at least 20 ° with the horizontal axis. One form of cut-off using a lighting device enclosure can be used to achieve this. Nevertheless, the reflection and refraction of light through the transparent cover of the lamp still dazzles and is also responsible for “light pollution”, which is upward light. The extent to which a reduction in glare is actually obtained depends largely on the effectiveness of these measures.
眩さを決定するさらに重要な要因は光源または発光領域の知覚サイズである。所定の発光領域を有する光源から放射された光の量はその輝度により規定され、単位面積当りカンデラの単位で測定されることができる。通常、大きい領域から均一に放射された所定量の光は小さい領域から放射された同じ量の光よりもかなり低い眩さになる。 A further important factor that determines glare is the perceived size of the light source or light emitting area. The amount of light emitted from a light source having a predetermined light emitting area is defined by its brightness and can be measured in units of candela per unit area. Usually, a predetermined amount of light emitted uniformly from a large area will be much less glaring than the same amount of light emitted from a small area.
街路照明の通常の光源は白熱灯、蛍光灯および他の放電ランプを含んでいる。最近、はるかに高い輝度、即ち光束/mm2に関して高密度にされたLED光源を使用する別の低エネルギ設計が開発されている。この高密度の高強度は特別なLED光源のモノクロ特徴と共に、光学設計に対して目新しい方法を必要とする。設計における付加的な要因は点光源の物理的寸法である。前述したように、小さく、明るい点光源は遠い距離においてさえも眩さまたは眩しさを起こす可能性があるので、これらの要素は特に眩さに関して重要である。 Typical light sources for street lighting include incandescent lamps, fluorescent lamps and other discharge lamps. Recently, another low energy design has been developed that uses LED light sources that are densified for much higher brightness, ie flux / mm 2 . This high density and high intensity, together with the monochrome characteristics of special LED light sources, requires novel methods for optical design. An additional factor in the design is the physical dimensions of the point source. As noted above, these factors are particularly important with respect to glare, since small, bright point light sources can cause glare or glare even at long distances.
このタイプの既知の固体状態の光源は通常、チップ上に取付けられるレンズ光学系を使用する。典型的に、LEDは所望の開口角度、例えば10゜または70゜を有するビームを生成するために集積されたレンズを備えた封入容器を有する。狭いビームはこれらが強度を増加し、道路の最も遠い点に導かれることができる点で有効である。街路照明の既存の設計は道路の表面上で光の均一な分布を行うためにしきい値インクリメントに近い増加された光密度を有するLEDのクラスタの使用を試みている。LEDの発光領域はレンズ開口角度の2乗と共に増加するので、レンズ又はコリメータを使用する集中された点光源は過剰な輝度による増加された眩さの問題を克服することはできない。 This type of known solid state light source typically uses lens optics mounted on a chip. Typically, an LED has an enclosure with an integrated lens to produce a beam having a desired aperture angle, eg, 10 ° or 70 °. Narrow beams are effective in that they increase in intensity and can be directed to the farthest point on the road. Existing designs for street lighting attempt to use a cluster of LEDs with an increased light density close to a threshold increment to achieve a uniform distribution of light on the road surface. Since the light emitting area of an LED increases with the square of the lens aperture angle, a concentrated point source using a lens or collimator cannot overcome the problem of increased glare due to excessive brightness.
PCT特許出願第WO2006/132533号明細書に記載されている装置では固体状態光源には道路表面の特別域を照明するために、発生された光の強度および/または方向を処理するために設けられた光処理装置が設けられている。さらに装置は第1の波長領域と第2の波長領域で光を放射するように設計されている。その開示によれば、照明装置は人間の眼の感度が桿状体により決定付けられる方法で第1の波長領域から主波長を有する光を発生するように設計されている。第2の波長領域の光は色知覚を改良するために使用される。特別な周波数の使用は低い光強度での視覚を改良することができるが、眩さの問題が残されている。 In the apparatus described in PCT patent application WO2006 / 132533, a solid state light source is provided for processing the intensity and / or direction of the generated light to illuminate a special area of the road surface. A light processing device is provided. Furthermore, the device is designed to emit light in a first wavelength region and a second wavelength region. According to that disclosure, the lighting device is designed to generate light having a dominant wavelength from the first wavelength region in a manner in which the sensitivity of the human eye is determined by the rod. Light in the second wavelength region is used to improve color perception. The use of special frequencies can improve vision at low light intensity, but the problem of glare remains.
したがって、道路表面上に均一な光分布を行いながら、低い電力の固体状態光源の利点と減少された眩さとを組み合わせた照明装置が特に必要とされている。 Therefore, there is a particular need for a lighting device that combines the advantages of a low power solid state light source with reduced glare while providing a uniform light distribution on the road surface.
本発明は軸とカットオフ角度との間の角度範囲にわたって光分布を与えるための街路照明装置を提供することによりこれらの問題を解決し、その装置は、実質的に平坦な分布パターンを有する少なくとも1つのLEDを具備し、軸とカットオフ角度の中間の角度で指向される第1のアレイと、軸とカットオフ角度の中間の角度で指向され、ほぼ第1のアレイと対向する第2のアレイと、カットオフ角度を超えた第1のアレイからの光を受光するように指向され、光を実質的に平行なビームとしてカットオフ角度近くで第2のアレイの方向に反射する第1の反射器と、カットオフ角度を超えて第2のアレイから光を受光するように指向され、光を実質的に平行なビームとして第1のアレイの方向およびカットオフ角度近くで反射する第2の反射器とを具備している。この方法で、カットオフ角度を超えて放射される光を取り、これをほぼカットオフ角度で反射することにより、照明装置の最も遠い距離における照明は光源の強度を増加せずに増加されることができる。第1のアレイのカットオフ角度に近い投射光はしたがって部分的には第1のアレイから、部分的には第2の反射器から来る。これらは相互に隔てられているので、光源の効率的な寸法も増加され、それによってその有効輝度が減少される。 The present invention solves these problems by providing a street lighting device for providing a light distribution over an angular range between an axis and a cutoff angle, the device having at least a substantially flat distribution pattern. A first array comprising one LED and oriented at an angle between the axis and the cut-off angle; and a second array oriented at an angle between the axis and the cut-off angle and substantially opposite the first array A first array that is directed to receive light from the array and the first array that exceeds the cutoff angle and reflects the light as a substantially parallel beam toward the second array near the cutoff angle; A reflector and a second that is directed to receive light from the second array beyond a cutoff angle and reflects the light as a substantially parallel beam in the direction of the first array and near the cutoff angle; Reflection It is provided with a door. In this way, by taking light emitted beyond the cut-off angle and reflecting it at approximately the cut-off angle, the illumination at the farthest distance of the luminaire is increased without increasing the intensity of the light source Can do. Projection light close to the cut-off angle of the first array thus comes partly from the first array and partly from the second reflector. Since they are separated from each other, the effective size of the light source is also increased, thereby reducing its effective brightness.
以下の説明は、LEDを参照するが、本発明では、これは発光できる任意の適切な固体状態装置を指しているものと理解すべきである。このような装置は電気エネルギを光に効率的に変換できるダイオード又は他の形態の接合部の装置であってもよい。さらに、平坦な分布パターンについては光の非焦点分布を指すことを意図される。特にLEDでは、これは180゜に近い、特に120゜を超え、好ましくは約140゜以上の立体角度にわたる均一な方法での光の放射を指すことを意図される。当業者により理解されるように、このような平坦な分布は完全に均一ではなく、基板表面に近い角度と比較して、より大きな強度がLEDが取付けられている基板に垂直な角度で観察されることができる。好ましくは平坦な分布はLEDの球形封入容器により実現される。封入容器に収容された装置を参照するが、任意の適切な形態の非焦点カバーが個々のLED上に与えられることができる。通常、カットオフ角度は大部分の街路照明応用で70゜またはほぼ70゜で選択される。 The following description refers to LEDs, but it should be understood that in the present invention this refers to any suitable solid state device capable of emitting light. Such a device may be a diode or other form of junction device that can efficiently convert electrical energy into light. Furthermore, a flat distribution pattern is intended to refer to a non-focal distribution of light. In particular for LEDs, this is intended to refer to the emission of light in a uniform manner close to 180 °, in particular over 120 °, preferably over a solid angle of about 140 ° or more. As will be appreciated by those skilled in the art, such a flat distribution is not completely uniform and a greater intensity is observed at an angle perpendicular to the substrate on which the LEDs are mounted compared to the angle close to the substrate surface. Can. The flat distribution is preferably realized by a spherical enclosure of LEDs. Although referring to the device housed in an enclosure, any suitable form of non-focal cover can be provided on the individual LEDs. Typically, the cut-off angle is selected at 70 ° or approximately 70 ° for most street lighting applications.
本発明の好ましい実施形態では、各アレイは複数のLEDを具備し、各LEDは少なくとも2つの異なる波長領域のうちの一方で実質的にモノクロの光を放射する。選択された周波数で動作する個々のLED素子の使用によって、最大のエネルギ効率が実現されることができる。特にこのようなLEDは蛍光体を使用する通常の広スペクトル「白色」LEDよりも非常に長く継続しエネルギが効率的であることが発見されている。さらに、選択された波長で動作するLEDの使用によって、所望のスペクトル分布が実現されることができる。 In a preferred embodiment of the invention, each array comprises a plurality of LEDs, each LED emitting substantially monochromatic light in one of at least two different wavelength regions. Maximum energy efficiency can be achieved through the use of individual LED elements operating at a selected frequency. In particular, such LEDs have been found to last much longer and be more energy efficient than conventional broad spectrum “white” LEDs that use phosphors. Furthermore, the desired spectral distribution can be achieved by using LEDs operating at selected wavelengths.
最も好ましくは、各アレイは500−525nmの波長領域で放射する複数のシアン又は緑色のLEDと、波長領域580−625nmで放射する少なくとも1つの赤色LEDからなる。科学的研究はこの特定のスペクトルの組合せが周辺視界で2倍の光知覚を与えることを示している。 Most preferably, each array consists of a plurality of cyan or green LEDs emitting in the 500-525 nm wavelength region and at least one red LED emitting in the wavelength region 580-625 nm. Scientific studies have shown that this particular spectral combination gives twice as much light perception in peripheral vision.
眩さの典型的な特性はこれが眼の表面および眼中の光点の強度および輝度により生じることである。眼の湿潤表面上の反射は視覚を妨害する。眼球中の屈折は異なる波長で異なる遮断角度を生じる。全スペクトルの分布を有するランプは、各異なる波長で種々の眼の遮断角度を生じ、これは色収差として知られている。眼の丸形状は球面収差を生じる可能性がある。光の強度の減少によって、および光源の特定のスペクトル構造の選択によって、これらの効果は実質的に減少されることができる。特に眩さは劇的に減少され、周辺視界は改良されることができる。光は白色光として知覚されることができるが、実際には眼中の異なる受容体により受けられる。光強度の低下は薄明視または「トワイライト」視として知られている状態を生じる。これらのレベルでは、眼中の桿状体は暗所視と呼ばれる最低の光レベルで507nmのピークを有する超高感度である。桿状体は赤色光により影響されるとは全く考えられていない。さらに長い波長の赤色光は眼中の赤色感度コーンにより受けられ、街路照明の要件において十分な程度の中心視覚と色のコントラストを可能にする。特に、赤色感知コーンは網膜上のコーン全体の3分の2を構成し、特にこれらの受容体のアドレシングはそれ故有効であることに注意する。両波長は異なる遮断角度を有し、したがって網膜で異なる画像を形成する。それにもかかわらず、これらは異なる受容体により受けられ、明白に脳によって別々に処理される。これは視覚において任意の知覚された妨害を強く減少するように見える。さらに525乃至580nmの介在領域には全く光が存在しないか最少の光だけが存在すべきである。理論による拘束を望まないが、この領域の黄色光は桿状体受容体の飽和を生じ、薄明視を減少することが考えられている。暗所視光として知られている視覚の最低の光レベルと明所視レベルの間の比はS/P比として表される。電流ランプは最大で1,5のS/P比に到達する。ここで説明したLED装置は5までのS/P比を提供できる。低い光レベルで経験した二重光強度は2よりも高いS/P比でのみ発見される。 A typical characteristic of glare is that this is caused by the intensity and brightness of the surface of the eye and the light spots in the eye. Reflections on the wet surface of the eye interfere with vision. Refraction in the eyeball results in different blocking angles at different wavelengths. A lamp with a full spectral distribution produces various ocular occlusion angles at each different wavelength, which is known as chromatic aberration. The round shape of the eye can cause spherical aberration. These effects can be substantially reduced by reducing light intensity and by selecting a particular spectral structure of the light source. In particular, the glare can be dramatically reduced and the peripheral vision can be improved. Although light can be perceived as white light, it is actually received by different receptors in the eye. The decrease in light intensity results in what is known as twilight or “twice” vision. At these levels, rods in the eye are extremely sensitive with a peak at 507 nm at the lowest light level called dark vision. The rod is not thought to be affected by red light at all. Longer wavelength red light is received by the red sensitivity cone in the eye, allowing a sufficient degree of central vision and color contrast in street lighting requirements. In particular, note that the red sensing cone constitutes two-thirds of the total cone on the retina, and in particular, addressing these receptors is therefore effective. Both wavelengths have different blocking angles and thus form different images in the retina. Nevertheless, they are received by different receptors and are clearly processed separately by the brain. This appears to strongly reduce any perceived disturbance in vision. Furthermore, there should be no light or only minimal light in the intervening region of 525 to 580 nm. While not wishing to be bound by theory, it is believed that yellow light in this region causes rod receptor saturation and diminished mesopic vision. The ratio between the lowest visual light level known as scotopic light and the photopic level is expressed as the S / P ratio. The current ramp reaches a maximum S / P ratio of 1,5. The LED device described here can provide up to 5 S / P ratios. The double light intensity experienced at low light levels is found only at S / P ratios higher than 2.
正確な強度は特定の応用にしたがって変化するが、各アレイが300ルーメンに満たない光を転送することが最も好ましい。照明装置の正確な配置によって、これは1乃至3ルクスの強度で選択された表面を照明するのに十分である。通常の実施形態では、LEDは3つのシアンLEDの2つの行と、シアンLED間に対称的に位置されている2つの赤色LEDの1つの行からなるマトリックスで構成されている。これによってLEDのコンパクトな間隔と赤色およびシアン領域の光の適切な比が可能になり、適切な色知覚での良好な薄明視を確実にする。好ましくはマトリックスは同じ色の隣接するLED間の約3.5mmの間隔に基づいている。本発明の重要な特徴によれば、このようなマトリックスは隔離される単色が照明される領域へ当てられることを防止するように配置され方向付けされるべきである。これは異なる色のLEDをマトリックス内で相互に横方向に隣接して整列することにより実現されることができる。これについては、横方向は光分布の角度範囲により規定される平面に垂直な方向である。 While the exact intensity will vary according to the particular application, it is most preferred that each array transmit less than 300 lumens of light. Depending on the exact arrangement of the lighting device, this is sufficient to illuminate the selected surface with an intensity of 1 to 3 lux. In a typical embodiment, the LEDs are made up of a matrix consisting of two rows of three cyan LEDs and one row of two red LEDs located symmetrically between the cyan LEDs. This allows for a compact spacing of the LEDs and an appropriate ratio of light in the red and cyan regions, ensuring good dimming with proper color perception. Preferably the matrix is based on a spacing of about 3.5 mm between adjacent LEDs of the same color. According to an important feature of the present invention, such a matrix should be arranged and oriented to prevent the isolated monochrome from being applied to the illuminated area. This can be achieved by aligning the different colored LEDs laterally adjacent to each other in the matrix. In this regard, the lateral direction is a direction perpendicular to the plane defined by the angular range of the light distribution.
本発明のさらに好ましい実施形態によれば、反射器は相互に整列される5個未満の平坦な集束表面を具備する。これについては、用語「平坦」はそれ自体が光を集束することを意図されていない表面を指すために使用されている。それにもかかわらず、可視画像を形成することを意図されていないので、これは欠陥を含んでおり、光学的に完全な平坦である必要はない。これは光沢があってもマットであってもよい。用語「平坦な集束表面」は表面がその中心でそれぞれのアレイを有する放物線のセクションに近似する配列で相互に関して角度付けされる事実を指示することを意図されている。通常、3つの集束表面がほとんどの目的で十分であることが発見されている。好ましくは集束表面は単一片で全て一体化されて形成されることができる。異なる波長で動作する光源と組み合わせて平坦な表面を使用することによって、色分離が減少されることができる。従来技術の装置は湾曲された表面の反射ミラーを有する。しかしながら湾曲された表面による反射において色は分離され結果的な照明は多くの目的では許容可能ではなくなるので、これは欠点につながる。集束表面の寸法が限定されることも所望である。特に、大きい表面は観察者が照明装置を通過するときに不所望な移動の知覚を生むことが発見されている。これは各集束表面の寸法をそのアレイの寸法(約7−10mm)に限定することによって少なくとも部分的に克服されることができる。LEDの知覚された映像はその後、効率的に表面を充填し、もはやそれを横切って移動しない。集束表面の寸法は街路に沿った移動方向と整列されたその高さに関係することが理解される。その幅はさらに大きくてもよい。 According to a further preferred embodiment of the invention, the reflector comprises less than 5 flat focusing surfaces aligned with each other. In this regard, the term “flat” is used to refer to a surface that is not itself intended to focus light. Nevertheless, since it is not intended to form a visible image, it contains defects and need not be optically perfectly flat. This may be glossy or matte. The term “flat focusing surface” is intended to indicate the fact that the surfaces are angled with respect to each other in an arrangement that approximates a section of a parabola with its respective array at its center. Usually, it has been found that three focusing surfaces are sufficient for most purposes. Preferably, the focusing surface can be formed integrally in a single piece. By using a flat surface in combination with light sources operating at different wavelengths, color separation can be reduced. Prior art devices have curved surface reflecting mirrors. However, this leads to drawbacks as the colors are separated in reflection by a curved surface and the resulting illumination becomes unacceptable for many purposes. It is also desirable that the dimensions of the focusing surface be limited. In particular, it has been discovered that a large surface creates an undesired movement perception as an observer passes through the illumination device. This can be overcome at least in part by limiting the size of each focusing surface to the size of its array (about 7-10 mm). The perceived image of the LED then efficiently fills the surface and no longer moves across it. It will be appreciated that the size of the focusing surface is related to its height aligned with the direction of travel along the street. The width may be larger.
本発明のさらに別の特徴によれば、各アレイは光源により発生された熱を放散するためにヒートシンクに取付けられることができる。ヒートシンクは任意の適切な導電媒体、好ましくは例えばアルミニウムシート材料のような金属であってもよい。LEDアレイは熱伝導接着剤、最も好ましくはUV硬化アクリル接着剤を使用して接着されることが好ましい。 According to yet another feature of the invention, each array can be attached to a heat sink to dissipate the heat generated by the light source. The heat sink may be any suitable conductive medium, preferably a metal such as an aluminum sheet material. The LED array is preferably bonded using a thermally conductive adhesive, most preferably a UV curable acrylic adhesive.
最も好ましくは、照明装置はアレイおよび反射器を収容する実質的に密封されたハウジングを具備する。このようなLED光源の耐用年数は通常の電灯よりも非常に高いので、ハウジングは湿気または汚れの進入を防止するために永久的に密封されることができる。故障時に、完成品は置換されるかリサイクルされる。特にこのような密封されたユニットの場合、LEDの寿命は温度依存であるのでLEDからハウジング外部への良好な熱伝導が好ましい。これはLEDまたはヒートシンクから外部への適切な伝導路により実現されることができる。ハウジングの外部表面は自然対流により十分な熱放散を行うことができる。代わりに又は付加的に、熱伝導体またはヒートパイプは照明の支持体またはランプポスト或いは別の熱交換素子に接続することができる。 Most preferably, the lighting device comprises a substantially sealed housing that houses the array and the reflector. Since the service life of such LED light sources is much higher than ordinary electric lights, the housing can be permanently sealed to prevent ingress of moisture or dirt. Upon failure, the finished product is replaced or recycled. Especially for such sealed units, good heat conduction from the LED to the exterior of the housing is preferred because the lifetime of the LED is temperature dependent. This can be achieved by a suitable conduction path from the LED or heat sink to the outside. The outer surface of the housing can provide sufficient heat dissipation by natural convection. Alternatively or additionally, the heat conductor or heat pipe can be connected to a lighting support or lamp post or another heat exchange element.
照明装置の好ましい構成では、ヒートシンクはピラミッド構造を具備し、第1および第2のアレイはヒートシンクの対向面上に背中合わせで取付けられている。ヒートシンクはベースおよび反射器の平坦な表面にほぼ整列されている2つのさらに別の平面を有する三角形のプリズムであってもよい。このような構成はこれが例えば街路または通路の方向に沿って投光するように設計されているので1−D照明装置と呼ばれることができる。この場合、プリズムおよび整列された反射器は街路又は通路の方向を横切って配向されることもできる。代わりに2次元構成では、ピラミッド構造は、照明装置が配備される方法に基づいて、3、4またはそれ以上の平面を具備することができる。通常、照明装置の軸は軸方向で指向されているピラミッド構造で規定されることができる。この場合、ヒートシンクの面は好ましくは軸に対して60゜乃至70゜の角度を付けられる。 In a preferred configuration of the lighting device, the heat sink comprises a pyramid structure, and the first and second arrays are mounted back to back on opposite surfaces of the heat sink. The heat sink may be a triangular prism having two further planes that are generally aligned with the flat surfaces of the base and reflector. Such a configuration can be referred to as a 1-D illuminator because it is designed to project, for example, along the street or passage direction. In this case, the prisms and aligned reflectors can also be oriented across the street or passage direction. Alternatively, in a two-dimensional configuration, the pyramid structure can comprise three, four or more planes based on the manner in which the lighting device is deployed. Usually, the axis of the lighting device can be defined by a pyramid structure oriented in the axial direction. In this case, the surface of the heat sink is preferably angled from 60 ° to 70 ° with respect to the axis.
別の構造では、アレイは軸に対して約60゜の角度で相互に面して取付けられ、距離Dを隔てられている。このような構成は以下さらに説明するように複数の利点を有している。特に、距離Dが通常アレイとそのそれぞれの反射器との間の間隔に対応するならば、構成はよりコンパクトに作られることができる。 In another construction, the arrays are mounted facing each other at an angle of about 60 ° to the axis and separated by a distance D. Such a configuration has a number of advantages as will be further described below. In particular, if the distance D usually corresponds to the spacing between the array and its respective reflector, the arrangement can be made more compact.
前述の両者の構造的な構成では、アレイは整列されることができるか、相互に横方向にオフセットされることができる。横方向にアレイをオフセットすることによって、知覚される光源の更なる拡がりが実現されることができ、その強度の減少につながる。アレイが相互に対面する構成では、横方向のオフセットはさらに効率的な反射器の使用を可能にする。 In both structural configurations described above, the arrays can be aligned or offset laterally relative to each other. By offsetting the array in the lateral direction, a further spread of the perceived light source can be realized, leading to a reduction in its intensity. In configurations where the arrays are facing each other, the lateral offset allows for the use of more efficient reflectors.
本発明のさらに別の特徴によれば、ベース反射器は各アレイとそのそれぞれの反射器との間に配置される。ベース反射器は軸に対してほぼ垂直に角度を付けられ、即ち軸方向に面している。しかしながらベース反射器の少なくとも一部は最も遠い範囲の方向の光の反射を増加するために軸から僅かに離れて角度を付けられることができる。ベース反射器の少なくとも一部は拡散器として作用するためのマット表面を有することができる。拡散器は全ての方向で光を反射し、軸方向における照明のレベルを等化する役目をする。 According to yet another feature of the invention, a base reflector is disposed between each array and its respective reflector. The base reflector is angled substantially perpendicular to the axis, i.e. facing axially. However, at least a portion of the base reflector can be angled slightly away from the axis to increase the reflection of light in the farthest range of directions. At least a portion of the base reflector can have a matte surface for acting as a diffuser. The diffuser reflects light in all directions and serves to equalize the level of illumination in the axial direction.
本発明のさらに別の特徴によれば、装置は少なくとも軸とカットオフ角度との間の角度範囲にわたってアレイと反射器をカバーする実質的に透明なキャップも具備している。その透明なキャップは好ましくは直接光と反射光の両者が約90゜の角度で入射することを確実にするように成形され、それによって透明なカバーの内部上の放射された光の内部反射および屈折が減少されることができる。別の実施形態では、透明なポリウレタンで完全にランプの光学面を充填することはフレネル反射を減少し、通常大きくないカバーの内部で生じるブルースター効果を避けることができる。 According to yet another feature of the invention, the apparatus also includes a substantially transparent cap that covers the array and the reflector over at least an angular range between the axis and the cutoff angle. The transparent cap is preferably shaped to ensure that both direct and reflected light are incident at an angle of about 90 °, thereby causing internal reflection of emitted light on the interior of the transparent cover and Refraction can be reduced. In another embodiment, completely filling the optical surface of the lamp with clear polyurethane reduces the Fresnel reflection and avoids the Brewster effect that usually occurs inside a cover that is not large.
アレイが相互に面する前述の構造では、キャップはほぼ平面のセクションを間に有してそれぞれ第1および第2のアレイの上に存在する距離Dだけ隔てられた第1および第2の湾曲されたセクションを具備することができる。第1の湾曲されたセクションは第2のアレイの位置周辺に位置される湾曲の中心部を有することができその逆も可能である。このような装置は深いプロフィール形状を避けながらキャップからの垂直の光放出を確実にするように幾何学的に良好に適合されている。 In the above-described structure where the arrays face each other, the caps are first and second curved with a substantially planar section in between and spaced apart by a distance D existing above the first and second arrays, respectively. Sections may be provided. The first curved section can have a center of curvature located around the position of the second array and vice versa. Such devices are well adapted geometrically to ensure vertical light emission from the cap while avoiding deep profile shapes.
本発明の特定の特性によれば、各アレイは10ワット未満で動作するように構成されることができる。大部分の状況では、3ルクスまでの十分な照明が8ワット未満の出力で実現されることができる。カバー範囲の増加が必要とされるならば、複数のアレイはモジュール構成で組み立てられることができる。この方法では、照明のカバー範囲は光源の輝度を増加せずに増加される。 In accordance with certain features of the present invention, each array can be configured to operate at less than 10 watts. In most situations, sufficient illumination up to 3 lux can be achieved with an output of less than 8 watts. Multiple arrays can be assembled in a modular configuration if increased coverage is required. In this way, the illumination coverage is increased without increasing the brightness of the light source.
本発明はまた前述のタイプの装置に関連し、さらにランプポストを具備し、装置の軸が通常垂直に下方向を指向するようにアレイおよび反射器がランプポストに取付けられており、ランプポストは地上少なくとも3メートルの高さでアレイを支持する。 The present invention also relates to an apparatus of the type described above, further comprising a lamp post, with the array and reflector mounted on the lamp post so that the axis of the apparatus is normally vertically oriented downward, Support the array at a height of at least 3 meters above the ground.
本発明のさらに別の特徴および利点は以下の図面を参照にして認識されるであろう。 Further features and advantages of the present invention will be appreciated with reference to the following drawings.
以下は単なる例示として与えられ、図面を参照している本発明の複数の実施形態の説明である。図1を参照すると、共通の基板4上に取付けられた発光ダイオード2のアレイ1が示されている。アレイは6個のシアン/緑色のLED6と2個のアンバー/赤色のLED8からなる。LEDはその他の点では通常のものであり、それぞれ約500乃至510nmと585乃至595の波長帯域の光を放射する。図2に示されているように、LED2はそれぞれエポキシ樹脂材料の封入容器3によりカバーされている。各封入容器3は光がその表面に垂直な平坦な分布パターンで放射され、光の大きな屈折または集束が生じないように実質的に半球形である。放射された光は約150゜の立体角を有するほぼ均等な円錐パターンを発生する。示されていないが、全てのLED2の共通の封入容器も使用されることができることが理解される。
The following is given by way of example only and is a description of embodiments of the present invention with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, an
図3は本発明による照明装置10を示し、ここでは図1に示されているタイプのアレイ1の対は反射器装置14の一部を形成するヒートシンク12に取付けられている。照明装置を封入容器するためのハウジングおよびキャップは図を明瞭にする理由で示されていない。ヒートシンク12は三角柱プリズムの形態のピラミッド構造を具備している。ヒートシンク12の頂点16は照明装置10の軸Xの方向に整列されている。アレイ1は熱伝導接着剤を使用してヒートシンク12の第1の面18と第2の面20に接着されている。
FIG. 3 shows a
反射器装置14は各アレイ1において全部で7つの反射表面を具備している。明瞭にする目的で、面18の前方の表面のグループだけを説明する。しかしながら面20の前方の表面もほぼ同じであることが理解される。ヒートシンク12からスタートして、5つの反射表面は順次配置されており、ベース反射器22、ベース拡散器24、第1の集束表面26、第2の集束表面28、第3の集束表面30を有している。ヒートシンク12の側方には側面表面32と34が構成されている。側面表面の傾斜については原時点では更に説明しないが、当業者は道路の幅等の要求を満たすためにこれを選択する方法を周知であろう。全ての反射表面はマットであるベース拡散器24を除けば明るく高い反射性である。
The
図4A乃至4Eは反射器装置14の異なる表面上の光の入射を示している頂点16に垂直な図3の照明装置10の断面図である。装置10は使用位置へさかさまに回転されており、軸Xはランプポスト36に一致している。アレイ1は約140゜の角度にわたって光を放射するように示されている。実際に、光は約140゜の立体角を有する円錐形パターンで放射されるが、本発明の目的では照明パターンの2次元表示だけが考慮される。
4A-4E are cross-sectional views of the illuminating
図4Aで認められるように、ヒートシンク12の表面18と20は軸Xから離れて25゜の角度で、相互に50゜の角度で位置している。この角度は地上4メートルの高さに取付けられるとき、両アレイ1からのLED2の放射が僅かなオーバーラップを有する方法で選択される。さらに長いランプポストを使用するとき、オーバーラップはより大きくなるか代わりにより小さい角度が使用されることができる。
As can be seen in FIG. 4A, the
図4Bは軸Xから約75゜離れた角度付けされている反射器22を示している。ベース表面22に入射するアレイ1からの光は軸Xから離れるように反射され、ランプポスト36から中距離で付加的な光を与えるように第3の集束表面30上を通過する。ベース拡散器24はベース反射器22の延長部であり、同じ角度で配置されている。そのマット表面はアレイ1からの入射光を実質的に全ての方向で均一に散乱させる。この光はランプポスト36のベース周辺の照明効果を等化するために主として使用される。
FIG. 4B shows the
図4Cはヒートシンク12から約7cmの距離におけるベース拡散器24に隣接して位置される第1の集束表面26、第2の集束表面28、第3の集束表面30を示している。各集束表面26、28、30はアレイ1の寸法に対応して約7mmの高さを有する。それぞれは実質的に平行なビーム38でアレイ1から入射光を誘導する擬似放物表面の一部分を形成するように角度を付けられている。ビーム38は60乃至70゜の範囲でヒートシンク12上で軸Xを通過し、しきい値のインクリメント限度の下でランプポスト36からさらに別の領域へ付加的な照明を行う。
FIG. 4C shows a first focusing
図4Dに示されているように、表面26、28、30自体は軸Xに対して0と10゜の間で角度を付けられる。表面30の上端はアレイからの直接光が軸Xに対して60゜と70゜の間の角度でそこを通過するような高さに位置されている。このことは照明装置10に接近する人がランプポスト36に到着する少し前まで最も下のLED2を直接的に見ないことを意味している。
As shown in FIG. 4D, the
上記の大きさに基づいて、照明装置10は図4Eに示されているように光を放射し、ここではAは直接的に放射された光(光の約50%)を表し、Bは一度反射された光(光の約45%)を表し、Cはベース拡散器により反射された光(光の約5%)を表している。光Bは約90%の効率で反射される。拡散された光Cの約50%は失われる。総合して光の約6%(45%の10%+5%の50%)が反射器の吸収により失われる。照明装置により放射された光は非常に均一であり、均質である。発生された光パターンは、クラス5の平均光強度と3ルクスの平均光強度と非常に適合し0.2を超える均一性を有する街路灯の光分布に等しいことが発見されている(ここでは均一性は平均水平輝度に対する最低の水平輝度の割合として規定されている)。これはマトリックス当り8ワット未満の非常に減少されたパワー入力で実現される。このパワーレートと4,80mの高さのランプポストに基づいて、12mまでの距離が正確に照明されることができる。6mのランプポストは15ワットで正確に30mの距離を照明できる。
Based on the above dimensions, the
図5は本発明の第2の実施形態による照明装置110を示しており、第1の実施形態と類似の素子は100を前に付けて同じ参照符合により示されている。 FIG. 5 shows a lighting device 110 according to a second embodiment of the present invention, wherein elements similar to the first embodiment are indicated by the same reference numerals prefixed with 100.
図5によれば、アレイ101の対はヒートシンク112上で相互に面して取付けられている。アレイは好ましくは図1に示されているタイプであるが、他のLED装置も使用されることができることが理解されよう。アレイ101は反射器装置114中に取付けられている。各アレイの背後には第2の集束表面128と第3の集束表面130が位置されている。対向する集束表面128と130との間の距離は距離Dである。この実施形態では、第1の集束表面はアレイ101を支持するヒートシンク112によって置換されているので存在しないことに注意すべきである。アレイ101と反射器114の指向方向は図3および4の実施形態のものとほぼ類似している。ヒートシンク112は装置110の軸Xに対して約25゜に角度を付けられている。換言すると、ヒートシンク112とアレイ101の表面の垂線は軸Xに対して65゜の角度で位置している。集束表面128、130はアレイ101から受けられた光が軸Xに対して約70゜の角度でほぼ平行なビーム138として反射される。示されている実施形態では、集束表面128、130はヒートシンク112に直ぐ隣接して配置され、それによってアレイ101はしたがって相互間の距離Dで位置されている。勿論、アレイはそれらのそれぞれの反射表面よりも共に近づいて位置されることも可能である。
According to FIG. 5, pairs of
ベース反射器122は2つのアレイ101の間で軸Xに通常垂直に構成される。ベース反射器122は両アレイから光の一部を反射する。この実施形態では、反射器装置114の全ての表面はMIRO7品質の僅かにマットなアルミニウムから形成される。この材料はDIN5036−3によれば約94%の全反射値と84−90%の拡散反射値、およびDIN67530によれば55−65%の輝度を有する。先の実施形態でのように、大部分の光(50%)が直接放射される。残りの光では、約30%が表面128、130により焦点を結ばれ、先端へ誘導される。残りの光はほぼランプの下の領域にわたって拡散される。
A
装置110をカバーするキャップ140がさらに図5に示されている。キャップ140は透明なポリカーボネートから形成され、ほぼ平坦な中心セクション144により分離されている1対の湾曲された端部142を具備する。平坦な中心セクション144は、集束表面128、130とアレイ101上にわたり、したがって距離Dよりも大きい。湾曲された表面142はキャップ140のセクションを与え、それを通してビーム138はほとんど屈折無く通過できる。各アレイ101からの残りの光は主に平坦な中心セクション144を通過し、したがって異なる波長の分離による影響を比較的受けない。
A
図6は本発明の第3の実施形態による照明装置210を示し、ここでは第1の実施形態と類似の素子は200を前に付けて同じ参照符合により示されている。
FIG. 6 shows a
第3の実施形態は通常、図5の構造と類似しており、照明装置210は2つの部分的な反射器装置214、214’を有する第1および第2のチャンネル246と248との間で横方向に分割されている。反射器装置214、214’もMIRO7品質のアルミニウムを使用して製造される。第1のアレイ201は第1のチャンネル246内に位置されているヒートシンク212上で支持されている。第1のチャンネル246の対向する端部にはこの図には見られないが第1の集束表面226、第2の集束表面228、第3の集束表面230が位置されている。集束表面226、228、230に隣接し第2のチャンネル248内に位置されるのはこの図面では見られないが第1のアレイ201とほぼ同じである第2のアレイ201’である。第2のチャンネル246の対向する端部の第2のアレイ201’に面するのは第2の反射器装置214’の第1の集束表面226’、第2の集束表面228’、第3の集束表面230’である。各部分的な反射器装置214、214’はまたベース反射器222、222’、横方向の表面232、232’および234、234’を有している。横方向の表面232、232’はほぼ垂直(軸Xに対して平行)であり、横方向の表面234、234’は軸に対して約45゜で角度を付けられていることに注意する。このような照明装置は街路または通路の片側に位置されるように設計され、角度を付けられた横方向の表面234、234’は光が街路の幅を横切って側路に投光されることを可能にする。
The third embodiment is typically similar to the structure of FIG. 5 in that the
図6には照明装置210をカバーするキャップ240とハウジング250も示されており、ハウジング250はキャップ240と共に効率的に密封されたユニットを形成する。キャップ240は図5に関して説明したように低プロフィール構造であり、ほぼ平坦な中心セクション244により分離されている湾曲された端部242を具備している。ハウジング250は鋳造アルミニウムから形成され、反射器装置214、214’を受ける凹部252を有している。凹部252内にはアレイ201、201’からハウジングの外部への熱伝導路として作用するように構成されているヒートパイプ254が位置されている。ヒートパイプ254はまたアレイ201、201’への電気的接続と照明装置210の外部支持体又はランプポストに対する接続のための導管としても作用する。
Also shown in FIG. 6 is a
図7はさらに図6の矢印Vにしたがってしきい値のインクリメントの方向又はカットオフ角度で見たときの組み立てられた照明装置210を示している。この角度で、第1のアレイ201は直接見られないが、各集束表面226、228、230で反射されているように見える。アレイ201'は第2のチャンネル248内で見られる。さらにこの方位で見られるように、アレイ201'のビューとアレイ201の反射された画像はキャップ240の端部242を通して生じる。
FIG. 7 further shows the assembled
さらに、図7で、図1に概略的に示されているLED装置を仮定すると、反射器装置214、214’に関するアレイ201、201’の方位は複数のシアンLEDと赤色LEDが光分布の角度範囲により規定される平面に垂直な方向で互いに隣接して構成されている。このような構成は隔離された単色が照明される領域に与えられることを防止する。
Further, assuming the LED device schematically shown in FIG. 1 in FIG. 7, the orientation of the
図8は図6および7のものに類似した多チャンネル照明装置310の第4の実施形態の斜視図を示している。第1の実施形態と類似の素子は300を前に付けて同じ参照符合により示されている。
FIG. 8 shows a perspective view of a fourth embodiment of a
図8によれば、照明装置310は第1および第2のチャンネル346と348の2セットを具備している以外は図6のものに同じである。キャップ340とハウジング350は共に密封されたユニットを形成している。ハウジング350は鋳造アルミニウムから形成され、反射器装置314を受けるための凹部352を有している。ブラケット356は外部支持体又はランプポスト336に対する照明装置310の接続を可能にする。
According to FIG. 8, the
以上、本発明を前述したような好ましい実施形態を参照して説明した。これらの実施形態は当業者によく知られている種々の変形および別の形態を許容できることが認識されよう。例えば反射器はモジュール方法で行われ、さらに高い強度および/または高いマストのための付加的なアレイと縦続して位置されることができる。特に図6、7、8の反射器装置は所望の照明出力に応じて付加的なチャンネルと共に形成されることができる。図3では、プリズム形状のヒートシンクはさらに別のアレイの位置のために拡張されることができる。代わりに、プリズムの代わりに、3つの側面または4つの側面のピラミッドがさらに広い領域の照明用に使用されることもできる。 The invention has been described with reference to the preferred embodiments as described above. It will be appreciated that these embodiments are capable of various modifications and alternative forms well known to those skilled in the art. For example, the reflectors can be performed in a modular manner and positioned in cascade with additional arrays for higher strength and / or higher masts. In particular, the reflector devices of FIGS. 6, 7, and 8 can be formed with additional channels depending on the desired illumination output. In FIG. 3, the prism-shaped heat sink can be expanded for yet another array position. Alternatively, instead of a prism, a three-sided or four-sided pyramid can be used for wider area illumination.
前述したものに加えて、多数の他の変形が本発明の技術的範囲から逸脱せずにここで説明された構造および技術に対して行われることができる。したがって、特定の実施形態を説明したが、これらは単なる例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 In addition to the foregoing, numerous other modifications can be made to the structures and techniques described herein without departing from the scope of the invention. Accordingly, although specific embodiments have been described, these are merely exemplary and are not intended to limit the technical scope of the present invention.
Claims (22)
実質的に平坦な分布パターンを有する少なくとも1つのLEDを具備し、軸とカットオフ角度との中間の角度方向に指向される第1のアレイと、
実質的に平坦な分布パターンを有する少なくとも1つのLEDを具備し、軸とカットオフ角度との中間の角度方向に指向され、第1のアレイとほぼ対向している第2のアレイと、
カットオフ角度を超える第1のアレイからの光を受光するように指向され、光を第2のアレイの方向の実質的に平行なビームとして第2のアレイの方向でカットオフ角度で反射する第1の反射器と、
カットオフ角度を超える第2のアレイから光を受光するように指向され、光を第1のアレイの方向の実質的に平行なビームとしてカットオフ角度で反射する第2の反射器とを具備している装置。 In a street lighting device that gives a light distribution over an angular range between the axis and the cut-off angle,
A first array comprising at least one LED having a substantially flat distribution pattern and oriented in an angular direction intermediate between an axis and a cutoff angle;
A second array comprising at least one LED having a substantially flat distribution pattern, oriented in an angular direction intermediate between the axis and the cut-off angle, and substantially opposite the first array;
A first light beam directed to receive light from the first array that exceeds the cut-off angle and reflects the light at a cut-off angle in the direction of the second array as a substantially parallel beam in the direction of the second array. 1 reflector,
A second reflector that is directed to receive light from a second array that exceeds a cutoff angle and reflects the light at a cutoff angle as a substantially parallel beam in the direction of the first array. Equipment.
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